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特大黑洞引发新猜测 占宿主星系八分之一

时间:2018-06-29 08:02来源:中国国家天文
温度计的读数一直在低得危险的区域徘徊,最终进入了红色区域。米根·乌里(Megan Urry)非常紧张。她正在使用世界最大的望远镜之一——夏威夷的10米凯克I号望
 温度计的读数一直在低得危险的区域徘徊,最终进入了红色区域。米根·乌里(Megan Urry)非常紧张。她正在使用世界最大的望远镜之一——夏威夷的10米凯克I号望远镜进行观测,并不希望损失宝贵的望远镜时间。
  莫纳克亚(Mauna Kea)山顶位于太平洋之上14000英尺,这里的降雪并不罕见。但是她担心的并不是雪。天空晴朗清澈。实际上天气太好了,她可以径直看到可观测宇宙的一半。不,她担心的是一旦温度降到某一临界值之下,望远镜操作员就必须要关闭设备,否则就要承担圆顶冻结的风险了。
  温度计读数在红色警戒区停留了让人屏气的5分钟,最终才由于日光的到来升了回来。乌里如释重负地长吁一口气,因为没有让努力工作泡汤而兴奋。但她没有意识到的是,在2月份这个冰冷的夜晚她有多么的幸运。她正在研究的天体很快就会颠覆一切的预期了。
  庞大的黑洞
  CID-947是一个特大质量黑洞,由于它正在活跃地吞噬气体并喷出辐射,因此整个可观测宇宙都可以看到它。从各方面看,这都是一个经典的类星体,只有一点例外:相对星系来说,它的特大质量黑洞太重了。
  在过去的10年里,天文学家发现了特大质量黑洞相对宿主星系之间的标度关系。黑洞质量越大,星系质量也越大。平均来说,特大质量黑洞的质量相当于宿主星系的百分之一到千分之一。像这样看上去一致的关系让天文学家猜测,黑洞的成长与宿主星系的成长是交织在一起的。
  但是CID-947并不符合这一关系。这个类星体存在于大爆炸20亿年之后,质量是其宿主星系的8分之一不到。来自哈佛—史密松天体物理中心的合作者马丁·埃尔维斯(Martin Elvis)说:“我们发现了一个大得穿不下裤子的黑洞。”
  星系是否会单独成长?
  这样奇怪的黑洞提出了一系列的问题,每个小组成员都有自己的倾向。比如埃尔维斯就希望黑洞是如何如此快速地获得如此大的质量了。(这个问题现在变得日益常见)
  另一方面,乌里希望了解它看上去像是如今的哪类星系。乌里说:“让它演化成如今所见的常见天体的唯一途径是,在接下来的120亿年里,星系大幅增长,但黑洞根本不成长。这有点奇怪了。”
  但是这是可能的。气体沿细细的暗物质纤维持续向星系释放开去。乌里说:“你可以认为,宇宙中的所有物质都一直会朝向更为致密的区域运动,远离低密度区域。”最终大量物质会降落到星系上,因此星系会持续增重。
特大黑洞引发新猜测 占宿主星系八分之一
  同时它们的特大质量黑洞可以保持不变。虽然黑洞通常被视作饥渴的巨兽,会吞噬一切的邻近气体,但乌里说:“物质落进黑洞实际上是很困难的。”通常朝向黑洞运动的粒子轨迹与地球环绕太阳的轨道类似,粒子会环绕黑洞运行。
  如果这是特大质量黑洞及其宿主星系遵循的经典演化路径,那么这两者根本就不是紧密锁定在一起的。相反黑洞会快速演化,随后宿主星系跟进。来自德克萨斯大学奥斯汀(Austin)分校的专家约翰·克尔门迪(John Kormendy)同意,开始齐步演化的风潮可能是需要时间的。克尔门迪并未参与此项研究。
  但是这是基于单一天体提出的强有力论断。换句话说,乌里非常确信,这样的天体很常见。与斯隆数字巡天(SDSS)这样的大型巡天项目不同,她的小组只观测了一小片天区(1平方度,作为对比,SDSS观测了1万平方度)。而当你观测如此小的天区时,你不太会期待着能够看到什么例外。这就好像是搜寻四叶草一般。如果你可以在一大片四叶草地中搜索,那么找到的概率要比在一小从草中寻找大得多。而如果你确实在小草丛中找到了四叶草,那么你就会怀疑这到底是由于幸运,还只是说四叶草很常见了。
  而克尔门迪也对测量精度表示了他的顾虑。举例来说,测量特大质量黑洞的质量非常微妙。小组是通过环绕黑洞的云团速度测量求出黑洞质量的,但是由于无法清晰看到云团,他们要进行一些假设。
  而埃尔维斯也表示同意。黑洞的质量可能是大量误差的源泉。埃尔维斯说:“但是这个类星体距离常规关系太远,哪怕非常大的误差也不会带来不同的结果。解决这个问题非常麻烦。”
  克尔门迪说:“这个天体为我们讲述了一个戏剧化(但也存在一些不确定性)的故事,而其他天体之前也告诉过我们这些(同样带有很大的不确定性)。在科学前沿的生活很微妙,哪怕在你作出了绝佳的工作之后。”
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